2020年自動化、控制和儀表的技術展望

從人類的視角，20/20被認為是的；那么，到2020年，自動化、控制和儀表的實現途徑會接近嗎？來自于CONTROL ENGINEERING 2015年度系統(tǒng)集成商——Maverick技術公司、Polytron公司和Malisko工程公司的技術專家們，分享了他們對于2020年自動化、控制和儀表的技術展望。

　　互聯性、模塊化和預測支持
　　Malisko工程公司的總裁和執(zhí)行官Stephen J.Malyzsko，對2020年的自動化趨勢提出了6個方面的展望：互聯性、模塊化生產、系統(tǒng)支持、內置安全性、技術更替以及合作。他的解釋如下：
　　1.通用互聯性。大數據、物聯網以及移動性都會推動工業(yè)領域使用通用的互聯標準；這將會協調客戶和商業(yè)市場。工業(yè)領域對“通用互聯”的需求將迫使供應商考慮提供對專有產品的接入。
　　移動應用和無線將會成為標準。隨著傳統(tǒng)臺式機和移動設備（比如微軟的Continuum，包括在微軟Windows 10中）功能的趨同，計算也隨之發(fā)生改變。功能的趨同以及隨處可見的超快無線接入，將會創(chuàng)造更多的基于云的應用。微軟的HoloLens將大大增強HMI和PLC編程功能以及可視化程度。
　　2.模塊化生產。由于希望盡快投入市場，供應商會持續(xù)不斷的升級轉型，為生產客戶提供即插即用的過程單元和工作單元。模塊化生產將系統(tǒng)集成商轉變?yōu)槭占瘮祿嵤┱w監(jiān)視控制策略的角色。
　　3.系統(tǒng)支持，98%預測，2%校正。生產制造自動化系統(tǒng)將會利用標準的運行監(jiān)控模塊來監(jiān)視設備狀態(tài)。供應商將提供基于統(tǒng)計數據的強制性算法模塊，并推薦服務和重新校驗的頻率。
　　4.內置系統(tǒng)安全性（基于行業(yè)要求）。與通用連接性一起成為通用安全的標準，并和IT及商業(yè)市場保持一致。
　　5.系統(tǒng)集成技術角色的轉變。系統(tǒng)集成商的首要角色，將會轉變?yōu)槟K集成商。先進的可視化、控制器的發(fā)展以及測試工具，將會縮短低水平控制和可視化任務的實施所需要的時間，并且使得系統(tǒng)集成商可以將更多的時間精力用來提供無縫集成。
　　6.成為用戶的自動化伙伴。在涉及自動化的項目上，生產制造商將依賴控制系統(tǒng)集成商來提供幫助和認證。
　　生產制造的數字化時代
　　Polytron公司的副總裁Brent Stromwall認為，到2020年，生產制造將進入到一個真正的數字化時代。一方面，“這是一種必然的趨勢，生產制造商必須提供更準確和更先進的獲取技術和參考資料的方式，這樣運行人員和技術人員才可以更好的實施運行及維護的準備工作，無論是對現有技術還是新技術，都應如此。”Stromwall說到，“沒有觸手可及的維護能力及技術知識，年輕一代的工人，對當今工廠車間的系統(tǒng)進行的運行和維護將無法勝任。”
　　2020年對當下提出的要求
　　在zui近幾年，行業(yè)探討中已經包括了諸如“智能制造”、“工業(yè)4.0”、“工業(yè)互聯”、“先進生產制造”等等詞匯。在這個數字化生產制造時代，我們可以使用技術手段來交付3D可視化系統(tǒng)、數據分析以及多層次的協作工作來優(yōu)化和管理生產制造過程——從工廠車間到企業(yè)管理層。
　　為了更好地迎接2020年數字化時代對生產制造技術提出的需求，我們正在從如下5個方面著手準備：
　　1）從供應鏈到配送，制造系統(tǒng)的完整集成；
　　2）為了達到zui高水平的運行效率，在全廠范圍系統(tǒng)內引入可視化；
　　3）為了實現設備的穩(wěn)定運行和提升系統(tǒng)運行時間，需要預測性維護系統(tǒng)；
　　4）快速獲取實時生產數據的能力；
　　5）的網絡技術，可以實現更高的帶寬、無線網絡以及更好的安全性能。
　　2020年關于制造業(yè)的8個預測
　　1.可持續(xù)性：生產制造商需要能夠獲取大數據的應用，以便在關于能源監(jiān)視、運行效率、勞動力和運行人員的安全、預測維護等方面做決策時使用。正確的工廠數據應該是實時的，能在正確的時間傳遞給正確的人。
　　2.與人和設備更廣泛地互聯：不斷變化的制造環(huán)境需要能夠無縫溝通，并將先進的技術，如物聯網（IoT）、云計算、移動性等，與自動化工作流程集成在一起，以適應更快、更智能的生產環(huán)境。
　　3.更嚴格的網絡安全：隨著數據流以及獲取權限遍及全廠，在用戶端多層次、多層面的集成，網絡安全正在逐步從簡單的周邊防御向更嚴格的縱深防御發(fā)展。
　　4.工業(yè)網絡升級：智能數據需要一個安全、可擴展并且穩(wěn)定的生產制造骨干網。強大的網絡能夠支持更多軟/硬件的升級，以便提升自動化水平和數據獲取的效率。新的網絡混合使用光纖和新一代銅導線，采用開放式的網絡結構技術，軟件具有更高的魯棒性，并允許計算機網絡接收或者發(fā)送數據到整個工廠車間的機器上甚至企業(yè)管理層。
　　5.更直觀的HMI：自帶記分卡和培訓工具，以便優(yōu)化勞動力。勞動力老齡化以及缺乏合格的工人來填補空缺，是對生產制造商zui大的挑戰(zhàn)。正式的內部培訓工具，比如基于計算機的學習模塊、基于HMI的工作支持模塊，這都是必須的。直觀的HMI和記分卡十分關鍵。
　　6.機器安全：升級機器安全技術，使舊機器滿足安全標準的要求，是生產制造商隨后幾年的首要任務。集成的機器安全技術幫助保護年輕的勞動力，減少工人事故，降低由此引起的非計劃停機時間，從而提高整體生產效率，這在競爭激烈的市場十分關鍵。
　　7.預測數據分析：主動管理，可以確保生產制造設備運行，保持工廠的靈活性和穩(wěn)定性。更快地響應消費者的需求，同時保證安全和可靠的產量，就可以使生產制造企業(yè)立于不敗之地。對不斷增長的可追溯性和質量數據的需求日益快速增加。需要利用柔性制造技術來管理成本。
　　8.淘汰與升級：硬件和落后技術的淘汰是不斷老化工廠的一個主要議題。據估計，美國75%的工廠都運營超過20年了。硬件和技術都需要更換為智能控制器和驅動技術，以便實現端到端的運行效率提升。
　　自動化的價值在于更多的連接、協作和安全
　　“在每天和客戶一起工作時，無論大客戶還是小客戶，只要是我們所涉及的是工業(yè)領域，我們都希望和他們探討5個比較實際的領域：自動化的價值、網絡、新人類、協作以及網絡安全。”Maverick技術公司的CEOPaulGaleski認為，“盡管改變已經開始，但是到2020年，實現這5個領域的途徑仍然可能會有所差異。”
　　1.自動化創(chuàng)造價值：用戶必須明白，自動化是如何通過降低成本、改善產品質量、提高產量等來為其公司創(chuàng)造價值的。自動化供應商和服務提供商非常擅長談論技術，但是客戶早已厭倦了喋喋不休的討論技術，他們希望知道某些新設備或網絡功能是如何對其盈利水平帶來正面影響的。
　　如果換一種思路，我們用自動化技術來解決問題，而不是僅僅因為某種新技術而使用自動化，那么我們就可以基于鐵的事實和運營環(huán)境的改善，比較容易的給予工程效果以恰當的描述。我們必須改變描述問題的方式，利用管理層能夠聽明白的詞匯來描述工程，這就是財務數據。這種情況已經開始發(fā)生，但是要運用得當，還得至少需要5年的時間。
　　2.更開放的網絡，無線：網絡將會更加開放，只有非常少的設備需要通過電纜連接。區(qū)分不同通信協議的壁壘將倒塌，在2020年有可能會不復存在。新的控制器比以往的控制器都將具有更多的語言版本。對于現代的可編程邏輯控制器（PLC）來講，同時使用多種網絡通信協議進行通信是非常普遍的事情?？赡苄枰褂肞rofinet通訊協議和一組設備通訊，使用EtherNet/IP和另外一組設備通訊，Modbus和第三組設備通訊。
　　更強大的計算能力使得這一切變得非常簡單，可以快速完成通訊協議的轉換。同時，無線設備的數量和種類也會不斷增加。不管是WiFi、ISA100、WirelessHART，還是某些新協議，無線網關將會使用多種通訊協議進行通訊，用戶不會察覺到其中的差別。如果信息能夠到達需要它的地方，很少人會關心如何實現的。正如蜂窩網絡一樣，用戶只關心性能，而不是底層的處理機制。
　　3.年輕員工的新特點：將來，會由年輕的新員工來管理工廠。到2020年，嬰兒潮一代出生的勞動力人員數量將會下降，并持續(xù)快速降低。千禧年出生的一代人將會逐步取代他們的位置，但是并不具有相關技術，更不要說去使用了。當然，這也有例外，但是總體來講，千禧年出生的一代需要信息來幫助他們解決問題，他們并不像他們的前輩那樣關注技術基礎。
　　4.更多的協作：相比老一代的工人，新時代的工人需要更多、不同類型的信息，以及用不同的表格和形式呈現的信息。千禧年出生的一代相信技術，也相信技術所帶給他們的信息。嬰兒潮出生的一代則一般對技術抱有一種與生俱來的懷疑態(tài)度。
　　從天性上來講，千禧年出生的一代更具有合作精神，他們更習慣這種觀點：合作并不需要每個人都在同一個地點。正如幾個人可以在不同的區(qū)域，所有的人都在播放同一個視頻游戲一樣，運行人員可以在不同的區(qū)域，控制同一個工廠。完成該項工作，依賴于將所有的信息收集并傳送給所有實時需要這些信息的人。到2020年，這種通訊是每天都會發(fā)生的事情。
　　5.內置網絡安全特性：網絡安全將會被內置到所有新建基礎設施，并被“綁定”到現有系統(tǒng)和網絡上。我們總是聽說新的網絡攻擊載體和方法，但是用戶和自動化供應商的防御措施和對這種境況的整體意識則在緩慢的提高。
　　我們還沒有到達那種需要將網絡安全置于zui高的優(yōu)先級關鍵時刻，也許需要一個重大的事件來獲得更多人的關注，但是意識和前瞻性防范措施將會持續(xù)增長。沒有任何防護措施是滴水不漏的，但是新工具正在出現，可以檢測到入侵者。到2020年，網絡犯罪分子如果想在我們的網絡周圍游蕩而不被發(fā)現，將會更加困難。